Particle simulation of plasmas, employed since the 1960s, provides a self-consistent, fully kinetic representation of general plasmas. Early incarnations looked for fundamental plasma effects in one-dimensional systems with ∼102–103 particles in periodic electrostatic systems on computers with ≲100 kB memory. Recent advances model boundary conditions, such as external circuits to wave launchers, collisions and effects of particle–surface impact, all in fully relativistic three-dimensional electromagnetic systems using ∼106–1010 particles on massively parallel computers. While particle codes still enjoy prominance in a number of basic physics areas, they are now often used for engineering devices as well.
1960年代から用いられているプラズマの粒子シミュレーションは、一般のプラズマの自己無撞着かつ完全運動論的な表現を提供する。初期のものは、約10^2〜10^3個の粒子を用いた一次元系における基本現象の解明を目的とし、約100kB以下のメモリを備えた計算機上での周期的静電場系を扱っていた。近年のものは、外部回路から波動ランチャーへの結合、衝突、粒子-表面相互作用などの境界条件をモデル化し、約10^6〜10^10個の粒子を用いた完全相対論的な三次元電磁場系を、超並列計算機上で扱う。粒子コードは今なお多くの基礎物理学分野で重要な役割を果たしているが、現在では工学的デバイスの解析にも広く用いられている。